液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

“流體傳動(dòng)與控制”課程單元探究式教學(xué)小組組長(zhǎng)：常樂組員：常樂，韋城，曹杰，甘建宇目前一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)第四章液壓缸4.1液壓缸的類型及其特點(diǎn)4.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算目前二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)4.1液壓缸的類型及其特點(diǎn)（1）液壓缸的類型直線運(yùn)動(dòng)液壓缸單作用缸柱塞式活塞式彈簧復(fù)位式多級(jí)伸縮式雙作用缸單活塞桿式雙活塞桿式多級(jí)伸縮式特種缸齒條傳動(dòng)式擺動(dòng)液壓缸單葉片雙葉片目前三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)（2）常用液壓缸及其特點(diǎn)1.柱塞式液壓缸推力和運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算式：(N)(m/s)目前四頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)例圖：目前五頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)2.活塞式液壓缸1）單桿活塞液壓缸（1）供油量不變時(shí)，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度不等活塞桿伸出速度：（m/s)活塞桿縮回速度：（m/s）目前六頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)(2)活塞兩方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力不相等活塞桿推力：活塞桿拉力：(N)(N)目前七頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)（3）液壓缸的差動(dòng)連接單桿活塞液壓缸在其左右兩腔相互連通并輸入壓力油時(shí)稱之為“差動(dòng)連接”。不計(jì)容積損失時(shí)，差動(dòng)連接缸的伸出速度：活塞推力：(m/s)（N）目前八頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)單桿雙桿目前九頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)3.伸縮式液壓缸形式：?jiǎn)巫饔煤碗p作用特點(diǎn)：總行程較長(zhǎng)，收縮后很短，適用于空間小而行程長(zhǎng)的場(chǎng)合供油量不變，各級(jí)活塞依次伸出速度和推力：雙作用缸各級(jí)活塞桿縮回運(yùn)動(dòng)速度和牽引力：（m/s）(N)（m/s）(N)目前十頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)4.擺動(dòng)液壓缸圖（a）為單葉片擺動(dòng)液壓缸，其輸出扭矩和回轉(zhuǎn)角速度為：（Nm）(1/s)目前十一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)(3)其他液壓缸及特點(diǎn)1.串聯(lián)液壓缸（增力缸）：用于徑向尺寸受限制且要求處理較大的情況2.增壓液壓缸輸入輸出壓力關(guān)系：目前十二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)3.齒條液壓缸目前十三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)（4）緩沖裝置目的：避免造成機(jī)械沖擊和噪聲，引起破壞性事故或嚴(yán)重影響機(jī)械精度原理：使活塞在接近缸蓋時(shí)，在緩沖油腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，即增大缸的回油阻力，降低活塞的移動(dòng)速度，避免撞擊缸蓋常用緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可調(diào)式不可調(diào)式目前十四頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)（5）排氣裝置

目的：為及時(shí)排除積留在缸內(nèi)的空氣，在兩端最高處設(shè)計(jì)排氣裝置以避免部件的不均勻運(yùn)動(dòng)和油液的氧化以及液壓裝置元件的腐蝕。目前十五頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算一，設(shè)計(jì)依據(jù)、原則和步驟二，基本參數(shù)計(jì)算三，液壓缸強(qiáng)度計(jì)算目前十六頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)一，設(shè)計(jì)依據(jù)、原則和步驟1，設(shè)計(jì)依據(jù)（1）了解和掌握液壓缸在機(jī)械上的用途和動(dòng)作要求。（2）了解液壓缸的工作條件（3）了解外部負(fù)載情況（4）了解液壓缸的最大行程，運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間，安裝空間所允許的外形尺寸以及缸本身的動(dòng)作（5）設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作壓力和流量大小、管路的通徑和布置情況、各種液壓閥的控制情況。（6）了解有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及參考資料目前十七頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)2，設(shè)計(jì)原則（1）保證缸運(yùn)動(dòng)的出力、速度和行程（2）保證缸每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性（3）在保證以上兩個(gè)條件的前提下，盡量減小缸的外形尺寸（4）在保證缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)（5）要盡量避免缸承受橫向負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好承受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲（6）缸的安裝形式和活塞桿頭部與外部負(fù)載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長(zhǎng)度，增加缸的穩(wěn)定性目前十八頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)3，設(shè)計(jì)步驟（1）根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，初步確定設(shè)計(jì)方案，會(huì)同有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（2）對(duì)缸進(jìn)行受力分析，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、安裝方式（3）根據(jù)工作負(fù)載、重力、摩擦力和慣性力確定液壓缸在形成各階段上負(fù)載的變化規(guī)律及有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)（4）根據(jù)工作負(fù)載和選定的額定壓力，確定活塞端面面積并計(jì)算活塞直徑和缸筒外徑（5）根據(jù)缸徑和運(yùn)動(dòng)速度之比或者工作負(fù)載和材料的許用應(yīng)力，確定活塞桿的直徑（6）根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度、工作出力和活塞直徑，確定液壓泵的壓力和流量目前十九頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)

（7）選擇缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算厚度和強(qiáng)度（8）審定全部設(shè)計(jì)計(jì)算資料，進(jìn)行修改補(bǔ)充（9）選擇適當(dāng)?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)緩沖、排氣和防塵等裝置（10）繪制裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件目前二十頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)二，基本參數(shù)計(jì)算

1.工作負(fù)載缸的工作負(fù)載包括機(jī)構(gòu)穩(wěn)定功能工作狀態(tài)下的靜負(fù)載摩擦阻力、和啟動(dòng)慣性阻力

各項(xiàng)載荷均應(yīng)在滿負(fù)荷狀態(tài)下計(jì)算，其中摩擦阻力按啟動(dòng)狀靜摩擦阻力計(jì)算。缸自身的摩擦阻力已經(jīng)用機(jī)械效率的形式在牽引力計(jì)算中加以考慮，故不再計(jì)入。缸的牽引力等于工作負(fù)載。目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)2，速比速比是指雙作用單桿液壓缸活塞桿縮回速度與伸出速度之比。

可按JB1068—67系列標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的壓力級(jí)別，從下表中選取推薦值。工作壓力/MPap≤1010<p<20p>20速比1.331.46~22目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)

3，缸筒內(nèi)徑（1）動(dòng)力較大的液壓設(shè)備（如拉床、刨床、車床、組合機(jī)床、工程機(jī)械及礦山機(jī)械等）的缸筒內(nèi)徑，通常根據(jù)最大牽引力來確定。然后再按速度要求計(jì)算所需流量，或者按已經(jīng)選定的流量來驗(yàn)算速度。對(duì)于無桿腔：

對(duì)于有桿腔：目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)兩式中，為缸的最大推力，N；為缸的機(jī)械效率，通常取=0.95；為回油背壓，MPa；p為進(jìn)口工作壓力，MPa；d為活塞桿直徑，m。

活塞干的直徑選擇工作壓力ｐ/(MPa)活塞桿直徑ｄ工作壓力ｐ/（ＭＰａ）活塞桿直徑ｄ小于２（０.２～０.３）Ｄ５～１００.７Ｄ２～５０.５Ｄ目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)（2）動(dòng)力較小的液壓設(shè)備（如磨床、珩床及研磨類機(jī)床等），常根據(jù)缸的流量q和活塞的運(yùn)動(dòng)速度V來決定，即

式中，q為缸所需流量，；、為活塞的伸出、縮回運(yùn)動(dòng)速度，ｍ/s。目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)4.活塞桿直徑d

活塞桿直徑通常是先按選定的速比和鋼筒的內(nèi)徑D初算，然后再檢驗(yàn)算其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

計(jì)算結(jié)果亦應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整。目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)5.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H

最小導(dǎo)向長(zhǎng)度是在活塞桿全部伸出時(shí)，導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)到活塞支撐面中點(diǎn)的距離。導(dǎo)向長(zhǎng)度的大小影響缸的初始撓度、穩(wěn)定性和活塞桿的強(qiáng)度，因此必須使其不小于規(guī)定的最小值H。關(guān)于最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的精確計(jì)算方法，還有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究，目前對(duì)于一般的液壓缸，可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即式中，L為缸的最大工作行程。目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)

三，液壓缸強(qiáng)度計(jì)算1.缸筒壁厚和外徑

缸筒壁厚（或缸外徑）由缸的強(qiáng)度條件來確定。由材料力學(xué)可知，受內(nèi)力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。

薄壁圓筒計(jì)算公式：厚壁圓筒計(jì)算公式：目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)式中：

為實(shí)驗(yàn)壓力為缸筒材料許用應(yīng)力。缸筒的壁厚計(jì)算出來以后，便可得到缸筒的外徑：

通過上式得到缸體的外徑

后通過查表，將計(jì)算出的外徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列中去，并向大的方向圓整。目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)2，活塞桿的計(jì)算1，活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算活塞桿主要受拉力和壓力作用，因此：式中：為液壓缸負(fù)載，N;為活塞桿的直徑，m；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，Mpa。目前三十頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)2，穩(wěn)定性驗(yàn)算

活塞桿所能承受的負(fù)載，應(yīng)該小于它穩(wěn)定工作時(shí)的臨界負(fù)載。另外，的取值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度，以及缸體的安裝方式有關(guān)，可按材料力學(xué)中的公式計(jì)算：

式中：為安全系數(shù)，。1，當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)：2，當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)：目前三十一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)3，端蓋厚度計(jì)算法蘭端蓋厚度計(jì)算：目前三十二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十五點(diǎn)4,缸底厚度計(jì)算1，平底缸，無孔時(shí)（a圖）有孔時(shí)（b圖）2，橢圓底缸（c圖)其中，V=(2+K^2)/6K=a/b